CN110206182A - 一种自复位剪切钢板阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自复位剪切钢板阻尼器，包括：钢板组合构件、活塞构件、箱形构件、底板、紧固件、弹性件和耗能构件；钢板组合构件包括翼缘板和腹板；耗能构件的数量为多个，耗能构件包括连接板和耗能板；连接板的面板与活塞构件的侧板平行布置，且通过多个连接件分别与活塞构件和箱形构件的侧板紧固连接；耗能板固定在两块连接板之间；耗能板的顶端和低端设置翼缘，翼缘的两端与连接板固定连接。本发明中的自复位剪切钢板阻尼器具有自复功能，并且可以减小残余变形。

Description

一种自复位剪切钢板阻尼器

技术领域

本发明涉及消能减震技术领域，更具体的说是涉及一种自复位剪切钢板阻尼器。

背景技术

地震具有突发性较强且破坏性极大的特点，地震灾害往往是瞬时突发的自然灾害，作用时间短，却可以对人类生命财产造成极大的破坏。而地震防御难度大，地震预报是一个世界性难题，因此，需要我们从建筑结构本身来思考如何抵御地震。

目前，已经开发多种阻尼器，其中，剪切钢板阻尼器由于具有取材容易、初始刚度大、滞回性能稳定、疲劳性能好等优点，而得到了广泛的使用。但是，一般的剪切钢板阻尼器不具备自复位的功能，震后残余变形大，不利于尽快恢复结构的使用功能。

因此，研究出一种可以减小震后残余变性，且可以自复位的剪切钢板阻尼器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种能够及时拆卸更换，耗能效果好、自复位能力强的自复位剪切钢板阻尼器。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自复位剪切钢板阻尼器，包括：钢板组合构件、活塞构件、箱形构件、底板、紧固件、弹性件和耗能构件；

所述钢板组合构件包括翼缘板和腹板；两块所述翼缘板上下平行布置；多块所述腹板固定在两块所述翼缘板之间；

所述活塞构件与下方的所述翼缘板的底面中央固定连接；

所述箱形构件为两端开口或封闭的箱型结构，多个所述箱形构件围绕所述活塞构件布置；

所述底板作为共同的底板与多个所述箱型构件刚接，形成一个整体；

所述紧固件配合穿过两块所述翼缘板和所述箱形构件的顶板，且所述紧固件的两端分别紧固在上方的所述翼缘板顶面和所述箱型构件的顶板内侧；

所述弹性件套设在所述紧固件上，且下方的所述翼缘板和所述箱形构件的顶板外壁之间、以及所述箱形构件的顶板内壁与所述紧固件的底端之间分别固定有弹性件，所述弹性件处于弹性压缩状态；

所述耗能构件的数量为多个，所述耗能构件包括连接板和耗能板；所述连接板的面板与所述活塞构件的侧板平行布置，且通过多个连接件分别与所述活塞构件和所述箱形构件的侧板紧固连接；所述耗能板固定在两块所述连接板之间；所述耗能板的顶端和底端设置翼缘，所述翼缘的两端与所述连接板固定连接；

所述耗能板在剪切荷载作用下，应变主要发生在所述耗能板的腹板处，当小震时，结构层间变形小，所述耗能板处于弹性工作阶段，为主体结构提供附加刚度；当大震时，结构层间变形大，所述耗能板先于主体结构发生屈服，进入弹塑性工作阶段，所述耗能板的腹板和所述翼缘变形耗量。

通过上述技术方案，本发明提出一种自复位剪切钢板阻尼器，当地震荷载结束后，装置会发生相对运动，箱形构件内外两侧的弹性件会提供恢复力，实现自复位功能，减小残余变形，并且耗能板具有良好的耗能性能，在地震荷载作用下可以极大地耗散地震能量，减轻结构的振动反应，进而降低地震载荷对结构的破坏程度。

优选的，在上述一种自复位剪切钢板阻尼器中，所述腹板的数量为两块或两块以上，且分别固定在两块所述翼缘板之间。一般情况下，翼缘板通过多块腹板支撑，腹板起到加劲肋的效果；腹板也可以与翼缘板组成箱型结构，使翼缘板在腹板的支撑下，能够起到一定的耗能变形效果。

优选的，在上述一种自复位剪切钢板阻尼器中，还包括封闭板，所述封闭板固定在所述箱形构件的开口端。当不安装封闭板时，阻尼器与紧固件的安装拆卸更加便捷；当安装封闭板时，能够加强箱形构件两侧钢板的刚度。

优选的，在上述一种自复位剪切钢板阻尼器中，所述活塞构件为单块钢板、或者多块钢板的边沿首尾固定组成的箱型结构、或者带有翼缘板的钢板组成的十字交叉结构。

需要说明的是：

当活塞构件为单块钢板时，箱形构件和耗能构件的数量均为两个，箱形构件分别位于单块钢板的两侧，耗能构件分别位于单块钢板和箱形构件之间；

当活塞构件为多块钢板的边沿首尾固定组成的箱型结构时，根据多块钢板组成的箱型结构确定箱形构件和耗能构件的数量：

当三块钢板组成的三角形箱型结构时：箱形构件和耗能构件的数量均为三个，箱形构件分别位于三块钢板的外侧，耗能构件分别位于每块钢板和箱形构件之间；

当四块钢板组成的矩形箱型结构时：箱形构件和耗能构件的数量均为四个，箱形构件分别位于四块钢板的外侧，耗能构件分别位于每块钢板和箱形构件之间；

当五块钢板组成的五边形箱型结构时：箱形构件和耗能构件的数量均为五个，箱形构件分别位于五块钢板的外侧，耗能构件分别位于每块钢板和箱形构件之间；

当六块钢板组成的六边形箱型结构时：箱形构件和耗能构件的数量均为六个，箱形构件分别位于六块钢板的外侧，耗能构件分别位于每块钢板和箱形构件之间；

以此类推；

当活塞构件为带有翼缘板的钢板组成的十字交叉结构时：箱形构件和耗能构件的数量均为四个，箱形构件分别位于翼缘板的外侧，耗能构件分别位于每块翼缘板和箱形构件之间。

优选的，在上述一种自复位剪切钢板阻尼器中，所述紧固件包括第一高强螺栓和第一螺母；所述第一高强螺栓穿过两块所述翼缘板和所述箱形构件的顶面；所述第一螺母分别与所述第一高强螺栓的两端螺纹连接，且顶端的所述第一螺母旋紧顶在上方的所述翼缘板的顶面，底端的所述第一螺母旋紧顶在弹性件的底端。通过第一高强螺栓和第一螺母既方便组装拆卸，又能够方便调节弹性件的预压力。

优选的，在上述一种自复位剪切钢板阻尼器中，所述弹性件为碟形弹簧、或环形弹簧、或形状记忆合金弹簧。能够提供足够的刚度、变形能力以及承载能力。

优选的，在上述一种自复位剪切钢板阻尼器中，下方的所述翼缘板和所述箱形构件的顶板外壁之间的弹性件的数量、以及所述箱形构件的顶板内壁与所述紧固件的底端之间的弹性件的数量均至少为两个。箱形构件内外两侧的弹簧具有相同的刚度、承载力和变形能力，通过第一高强螺栓对弹簧施加预压力，当阻尼器受外荷载作用结束后，箱形构件内外两侧的弹簧能够使阻尼器实现自复位。

优选的，在上述一种自复位剪切钢板阻尼器中，所述连接件包括第二高强螺栓和第二螺母；所述第二高强螺栓分别穿过所述连接板和所述箱形构件的侧板、以及另一块所述连接板和所述活塞构件，并通过所述第二螺母紧固连接。能够方便耗能构件和活塞构件与箱形构件之间的拆卸和连接。

优选的，在上述一种自复位剪切钢板阻尼器中，自复位剪切钢板阻尼器在进行设计时，需要提前确定容许残余变形值，根据容许残余变形值以及剪切钢板阻尼器的最大承载力等参数进一步确定弹性件的刚度，宜保证箱形构件内侧与外侧的弹簧刚度之和与容许残余变形值的乘积大于剪切钢板阻尼器最大承载力的一半。

优选的，在上述一种自复位剪切钢板阻尼器中，自复位剪切钢板阻尼器在进行整体设计时，应同时考虑弹簧的弹性位移极限、耗能构件的极限位移以及结构的最大可能层间相对位移，保证在地震或风等外部作用下，弹簧与耗能构件均不会因为位移过大而破坏。

优选的，在上述一种自复位剪切钢板阻尼器中，钢板组合构件和箱形构件在进行尺寸设计时，应考虑耗能构件的最大设计位移，保证剪切钢板阻尼器具有足够的变形空间。

优选的，在上述一种自复位剪切钢板阻尼器中，钢板组合构件、箱形构件以及相关连接构件应具备足够的刚度和强度，使结构传递给自复位剪切钢板阻尼器的变形主要集中在耗能构件上。

优选的，在上述一种自复位剪切钢板阻尼器中，自复位剪切钢板阻尼器所有构件的连接方式：包括钢板组合构件与弹性件以及箱形构件之间的连接、钢板组合构件与耗能构件以及箱形构件之间的连接均为螺栓连接，均可进行便捷的拆卸更换。

优选的，在上述一种自复位剪切钢板阻尼器中，自复位剪切钢板阻尼器可通过单斜撑或人字形支撑或墙式连接或连梁跨中型连接等方式设置在结构相对变形较大的位置。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种自复位剪切钢板阻尼器，具有以下有益效果：

(1)在地震作用结束后，由于建筑物会发生相对运动，箱形构件内外两侧的弹簧可以提供恢复力，实现自复位功能，减小残余变形；

(2)剪切钢板阻尼器还具有取材容易、初始刚度大、滞回性能稳定、疲劳性能好等优点；

(3)由于剪切钢板阻尼器通过螺栓与箱形构件、活塞构件相连，实现阻尼器的可拆卸性能，当阻尼器疲劳破坏后可更换阻尼器，进而延长自复位剪切钢板阻尼器的使用寿命；

(4)本阻尼器的钢板组合构件和箱型构件的底板分别与结构的相对变形位置相连接，地震时活塞构件与箱型构件产生相对变形，带动耗能构件屈服耗能；耗能板在剪切荷载作用下，应变主要发生在耗能板的腹板处，翼缘应变较小，在小震作用下，结构层间变形较小，剪切钢板阻尼器处于弹性工作阶段，可给结构提供一定的附加刚度；在大震作用下，结构层间变形较大，阻尼器先于主体结构发生屈服，进入弹塑性工作阶段，利用耗能板腹板的剪切滞回变形以及翼缘弯曲变形来耗散外部输入能量，从而有效地降低结构的地震反应；耗能板的极限变形能力足够大，在强震时都不能够发生破坏；耗能板的显著优势就是取材容易、初始刚度大、滞回性能稳定、疲劳性能好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的自复位剪切钢板阻尼器的主视图。

其中：

1-钢板组合构件；

11-翼缘板；

12-腹板；

2-活塞构件；

3-箱形构件；

4-底板；

5-紧固件；

51-第一高强螺栓；

52-第一螺母；

6-弹性件；

7-耗能构件；

71-连接板；

72-耗能板；

73-连接件；

731-第二高强螺栓；

732-第二螺母；

74-翼缘。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参见附图1，本发明实施例公开了一种自复位剪切钢板阻尼器，包括：钢板组合构件1、活塞构件2、箱形构件3、底板4、紧固件5、弹性件6和耗能构件7；

钢板组合构件1包括翼缘板11和腹板12；两块翼缘板11上下平行布置；多块腹板12固定在两块翼缘板11之间；

活塞构件2与下方的翼缘板11的底面中央固定连接；

箱形构件3为两端开口或封闭的箱型结构，多个箱形构件3围绕活塞构件2布置；

底板4分别与多个箱形构件3的底部固定连接；底板4作为共同的底板与多个箱型构件3刚接，形成一个整体；

紧固件5配合穿过两块翼缘板11和箱形构件3的顶板，且紧固件5的两端分别紧固在上方的翼缘板11顶面和箱型构件3的顶板内侧；

弹性件6套设在紧固件5上，且下方的翼缘板11和箱形构件3的顶板外壁之间、以及箱形构件3的顶板内壁与紧固件5的底端之间分别固定有弹性件6，弹性件6处于弹性压缩状态；

耗能构件7的数量为多个，耗能构件7包括连接板71和耗能板72；连接板71的面板与活塞构件2的侧板平行布置，且通过多个连接件73分别与活塞构件2和箱形构件3的侧板紧固连接；耗能板72固定在两块连接板71之间；耗能板72的顶端和低端设置翼缘74，翼缘74的两端与连接板71固定连接；

耗能板72在剪切荷载作用下，应变主要发生在耗能板72的腹板处，当小震时，结构层间变形小，耗能板72处于弹性工作阶段，为主体结构提供附加刚度；当大震时，结构层间变形大，耗能板72先于主体结构发生屈服，进入弹塑性工作阶段，耗能板72的腹板和翼缘74变形耗量。

为了进一步优化上述技术方案，腹板的数量为两块或两块以上，且分别固定在两块翼缘板11之间。

为了进一步优化上述技术方案，还包括封闭板，封闭板固定在箱形构件3 的开口端。

为了进一步优化上述技术方案，活塞构件2为单块钢板，箱形构件3和耗能构件7的数量均为两个，箱形构件3分别位于单块钢板的两侧，耗能构件7分别位于单块钢板和箱形构件3之间；

为了进一步优化上述技术方案，紧固件5包括第一高强螺栓51和第一螺母52；第一高强螺栓51穿过两块翼缘板11和箱形构件3的顶面；第一螺母 52分别与第一高强螺栓51的两端螺纹连接，且顶端的第一螺母52旋紧顶在上方的翼缘板11的顶面，底端的第一螺母52旋紧顶在弹性件6的底端。

为了进一步优化上述技术方案，弹性件6为碟形弹簧、或环形弹簧、或形状记忆合金弹簧，当采用蝶形弹簧时，采用对合与叠合相结合的结合方式。

为了进一步优化上述技术方案，下方的翼缘板11和箱形构件3的顶板外壁之间的弹性件6的数量、以及箱形构件3的顶板内壁与紧固件5的底端之间的弹性件6的数量均至少为两个。

为了进一步优化上述技术方案，连接件73包括第二高强螺栓731和第二螺母732；第二高强螺栓731分别穿过连接板71和箱形构件3的侧板、以及另一块连接板71和活塞构件2，并通过第二螺母732紧固连接。

本实施例的工作原理为：

本实施例提供的自复位剪切钢板阻尼器安装在框架、框架-剪力墙以及连梁跨中等位置，以通过内部含有剪切钢板的耗能板进行耗能，小震或风荷载下，阻尼器可提供一定刚度，抵抗变形，在大震下，耗能构件7的耗能板72 屈服变形，为建筑物消耗大量地震引入的能量；在地震结束后，弹性件6提供较强的自复位能力使耗能板72基本自复位，从而实现阻尼器自复位功能，显著减小阻尼器的残余变形。由于阻尼器各构件之间采用紧固件5和连接件 73的可拆卸连接方式，本发明具有便捷高效的安装拆卸功能，可以根据不同工况，通过拆卸更换的方式调整耗能板72的变形耗能性能；同时，在阻尼器的构件发生疲劳破坏后也能够及时拆卸更换。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于：活塞构件2为三块钢板组成的三角形箱型结构，箱形构件3和耗能构件7的数量均为三个，箱形构件3分别位于三块钢板的外侧，耗能构件7分别位于每块钢板和箱形构件3之间。

本实施例的其它结构与工作原理与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例3：

本实施例与实施例1的不同之处在于：活塞构件2为四块钢板组成的矩形箱型结构，箱形构件3和耗能构件7的数量均为四个，箱形构件3分别位于四块钢板的外侧，耗能构件7分别位于每块钢板和箱形构件3之间。

本实施例的其它结构与工作原理与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例4：

本实施例与实施例1的不同之处在于：活塞构件2为五块钢板组成的五边形箱型结构，箱形构件3和耗能构件7的数量均为五个，箱形构件3分别位于五块钢板的外侧，耗能构件7分别位于每块钢板和箱形构件3之间。

本实施例的其它结构与工作原理与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例5：

本实施例与实施例1的不同之处在于：活塞构件2为六块钢板组成的六边形箱型结构，箱形构件3和耗能构件7的数量均为六个，箱形构件3分别位于六块钢板的外侧，耗能构件7分别位于每块钢板和箱形构件3之间。

本实施例的其它结构与工作原理与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例6：

本实施例与实施例1的不同之处在于：活塞构件2为带有翼缘板的钢板组成的十字交叉结构，箱形构件3和耗能构件7的数量均为四个，箱形构件3 分别位于翼缘板的外侧，耗能构件7分别位于每块翼缘板和箱形构件3之间。

本实施例的其它结构与工作原理与实施例1相同，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种自复位剪切钢板阻尼器，其特征在于，包括：钢板组合构件(1)、活塞构件(2)、箱形构件(3)、底板(4)、紧固件(5)、弹性件(6)和耗能构件(7)；

所述钢板组合构件(1)包括翼缘板(11)和腹板(12)；两块所述翼缘板(11)上下平行布置；多块所述腹板(12)固定在两块所述翼缘板(11)之间；

所述活塞构件(2)与下方的所述翼缘板(11)的底面中央固定连接；

所述箱形构件(3)为两端开口或封闭的箱型结构，多个所述箱形构件(3)围绕所述活塞构件(2)布置；

所述底板(4)作为共同的底板与多个所述箱型构件(3)刚接，形成一个整体；

所述紧固件(5)配合穿过两块所述翼缘板(11)和所述箱形构件(3)的顶板，且所述紧固件(5)的两端分别紧固在上方的所述翼缘板(11)顶面和所述箱型构件(3)的顶板内侧；

所述弹性件(6)套设在所述紧固件(5)上，且下方的所述翼缘板(11)和所述箱形构件(3)的顶板外壁之间、以及所述箱形构件(3)的顶板内壁与所述紧固件(5)的底端之间分别固定有弹性件(6)，所述弹性件(6)处于弹性压缩状态；

所述耗能构件(7)的数量为多个，所述耗能构件(7)包括连接板(71)和耗能板(72)；所述连接板(71)的面板与所述活塞构件(2)的侧板平行布置，且通过多个连接件(73)分别与所述活塞构件(2)和所述箱形构件(3)的侧板紧固连接；所述耗能板(72)固定在两块所述连接板(71)之间；所述耗能板(72)的顶端和底端设置翼缘(74)，所述翼缘(74)的两端与所述连接板(71)固定连接；

所述耗能板(72)在剪切荷载作用下，应变主要发生在所述耗能板(72)的腹板处，当小震时，结构层间变形小，所述耗能板(72)处于弹性工作阶段，为主体结构提供附加刚度；当大震时，结构层间变形大，所述耗能板(72)先于主体结构发生屈服，进入弹塑性工作阶段，所述耗能板(72)的腹板和所述翼缘(74)变形耗量。

2.根据权利要求1所述的一种自复位剪切钢板阻尼器，其特征在于，所述腹板的数量为两块或两块以上，且分别固定在两块所述翼缘板(11)之间。

3.根据权利要求1所述的一种自复位剪切钢板阻尼器，其特征在于，还包括封闭板，所述封闭板固定在所述箱形构件(3)的开口端。

4.根据权利要求1所述的一种自复位剪切钢板阻尼器，其特征在于，所述活塞构件(2)为单块钢板、或者多块钢板的边沿首尾固定组成的箱型结构、或者带有翼缘板的钢板组成的十字交叉结构。

5.根据权利要求1所述的一种自复位剪切钢板阻尼器，其特征在于，所述紧固件(5)包括第一高强螺栓(51)和第一螺母(52)；所述第一高强螺栓(51)穿过两块所述翼缘板(11)和所述箱形构件(3)的顶面；所述第一螺母(52)分别与所述第一高强螺栓(51)的两端螺纹连接，且顶端的所述第一螺母(52)旋紧顶在上方的所述翼缘板(11)的顶面，底端的所述第一螺母(52)旋紧顶在弹性件(6)的底端。

6.根据权利要求1或5所述的一种自复位剪切钢板阻尼器，其特征在于，所述弹性件(6)为碟形弹簧、或环形弹簧、或形状记忆合金弹簧。

7.根据权利要求6所述的一种自复位剪切钢板阻尼器，其特征在于，下方的所述翼缘板(11)和所述箱形构件(3)的顶板外壁之间的弹性件(6)的数量、以及所述箱形构件(3)的顶板内壁与所述紧固件(5)的底端之间的弹性件(6)的数量均至少为两个。

8.根据权利要求1所述的一种自复位剪切钢板阻尼器，其特征在于，所述连接件(73)包括第二高强螺栓(731)和第二螺母(732)；所述第二高强螺栓(731)分别穿过所述连接板(71)和所述箱形构件(3)的侧板、以及另一块所述连接板(71)和所述活塞构件(2)，并通过所述第二螺母(732)紧固连接。